全 文 ：山白兰人工林生态系统碳储量及空间分布特征
莫德祥1，廖克波2，吴庆标1* ，覃 静1 (1．广西大学林学院，广西南宁 530005;2．南宁良凤江国家森林公园，广西南宁 530031)
摘要 ［目的］揭示山白兰人工林碳储量的空间分布特征及规律，为森林生态系统碳储量估算提供基础数据，也为进行人工林碳汇造林
项目提供科学参考。［方法］以南亚热带地区 27年生山白兰人工林为研究对象，采用标准木法、样方收获等方法对其生物量、碳含量分
配进行研究。［结果］山白兰人工林生态系统碳储量为 158． 21 t /hm2，其中乔木层占植被层碳储量的 87． 24%，灌木层占 10． 77%，草本层
占 0． 18%，凋落物层占 1． 81%;土壤层中 0 ～80 cm的碳储量为 102． 01 t /hm2，为植被层的 1． 82倍。山白兰人工林乔木层年净固碳量为
3． 50 t /(hm2·年)。［结论］山白兰人工林生态系统碳储量比较可观，具有较好的发展前景。
关键词 山白兰;生物量;碳储量;碳素分配
中图分类号 X174 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)23 －14072 －04
The Carbon Storage Amount and Spatial Distribution Characteristics of Paramichelia bailonii Plantations
MO De-xiang et al (Forestry College，Guangxi University，Nanning，Guangxi 530005)
Abstract ［Objective］The study aimed to reveal the spactial distribution characteristics and laws for the carbon storage amount of Paramich-
elia bailonii plantations so as to provide the basic data for the estimation on the carbon storage amount of forest ecological system and also to
provide the scientific reference for the forestation project of plantation carbon sink． ［Method］With 27-year-old P． bailonii plantations in the
southern subtropical region as the studied object，the biomass and the carbon content distribution of the plantations were analyzed by using the
standard wood method and quadrat harvest method etc． ［Result］The carbon storage in the ecosystem of P． bailonii plantation was 158． 21
t /hm2，in which，the arbor layer counted for 87． 24% of the total vegetation carbon storage，the bush layer counted for 10． 77%，the herbal
layer counted for 0． 18% and the litter layer counted for 1． 81% ． The carbon storage in soil layer at 0 － 80 cm depth was 102． 01 t /hm2，being
1． 82 times of that in the vegetation layer． The net carbon fixation amount in the arbor layer of P． bailonii plantation was 3． 49 t /hm2·a．
［Conclusion］The carbon storage amount in the ecological system of P． bailonii plantation was greater and had better development prospects．
Key words Paramichelia bailonii;Biomass;Carbon storage amount;Carbon distribution
基金项目 观光木、山白兰人工林生长特性及木材材性研究(桂林科字
［2009］第 22 号)。
作者简介 莫德祥(1987 －) ，男，广西桂林人，硕士研究生，研究方向:
碳循环研究，E-mail:dexiangmo@ 163． com。* 通讯作者，副
教授，博士，硕士生导师，从事森林碳循环研究，E-mail:wu-
qb2003@ yahoo． com． cn。
收稿日期 2011-05-16
近几十年来，全球变暖已经成为世界关注的重要问题之
一，而导致这一问题的主要原因则是大气中 CO2 等温室气体
浓度的不断升高［1］。自工业革命以后，人类开采并燃烧化石
燃料，排放大量 CO2 气体，使大气 CO2 浓度迅速增加。研究
表明，现在大气中的 CO2 浓度已经由 100 年前的 260 ～ 280
μmol /mol增加到 350 μmol /mol 左右，并且还在以每年 1 ～ 2
μmol /mol的速度持续增加［2］。目前对于减少大气中 CO2 浓
度的途径主要有减少消耗和提高能源利用率等方法［3］。虽
然这样能够有效地减少 CO2 等温室气体的排放，但现代社会
经济的发展主要都是依靠能源消耗的增加来实现，减少能源
的消耗也势必会影响到社会经济的发展。而通过森林吸收
固定 CO2 的方法来降低大气 CO2 浓度，对改善环境以及社会
经济发展都有着一定的促进作用，森林碳汇也已经成为许多
学者研究的热点［4］。森林是陆地生态系统最主要的生态类
型，也是全球碳循环里重要的一环，它固定了陆地生态系统
地上部分 76% ～ 98%的有机碳，以及地下部分 40%的有机
碳［5］。据调查，1949 ～ 1980 年我国森林资源人为破坏严重，
森林向大气释放了 618亿 t的 CO2。之后一直到 1998 年，我
国实施了大规模的人工造林工程，森林平均每年固定大气中
0． 21 亿 t CO2，森林碳汇潜力巨大
［6］。如今，对森林生态系统
的研究，特别是对森林确切碳储量和固碳能力的相关研究已
经成为全球变化的热点问题［7］。
山白兰(Paramichelia bailonii)又名山桂花、合果木、合果
含笑，属木兰科植物，是热带干性季雨林和南亚热带常绿阔
叶林中的常绿树种。在印度、缅甸、泰国、越南和我国的云南
省南部有自然分布。其具有生长快，材质优良，干形通直圆
满，枝条细小，耐腐抗蛀等特点［8］。自 20 世纪 70 年代开始，
中国林业科学研究院热带林业实验中心自云南引种山白兰，
80年代初发展为一定面积的人工林，并安排一些造林实
验［9］，但对于山白兰生物量和碳储量的相关研究少见报道。
因此，笔者对广西地区山白兰人工林的生物量及碳储量进行
综合研究，揭示山白兰人工林碳储量的空间分布特征及规
律，旨在为森林生态系统碳储量估算提供基础数据，也为进
行人工林碳汇造林项目提供科学参考。
1 材料与方法
1． 1 研究区概况 研究区位于广西南宁良凤江国家森林公
园，108°1514″ ～ 108°2222″ E，22°3431″ ～ 22°4651″ N，属南
亚热带南缘季风气候，年平均气温为 21． 6 ℃，极端最高温度
为 40 ℃，极端最低温度 － 1． 5 ℃，≥10 ℃的年积温在 7 600
℃以上，年均降雨量在 1 280 mm以上，且多集中在 5 ～ 9 月，
年无霜期达 342 d。以第三系、泥盆系的地层为主，土壤则由
该地层中的不同母岩和母质发育而成，以赤红壤为主，土层
平均厚度在 80 cm以上。
试验林地是 1983 年营造的山白兰人工林，面积为 0． 18
hm2，郁闭度为 0． 95，山白兰林密度为 1 267株 /hm2，林分平均
树高为 17． 3 m，平均胸径为 19． 0 cm。样地调查时林下植被丰
富，灌木层以潺槁树(Litsea glutinosa)、梅叶冬青(Ilex asprella)、
糙叶榕(Ficus irisana)等为优势;草本层以五节芒(Miscanthus
floridulu)、金毛狗(Cibotium baromerz)、弓果黍(Cyrtococcum pat-
ens)、越南悬钩子(Rubus cochinchinensis)等为优势。林下植被
覆盖度约为 45%，枯落物层厚度为 2 ～3 cm。
1． 2 方法
1． 2． 1 样品搜集及生物量和碳储量的计算方法。
责任编辑 张杨林 责任校对 卢瑶安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(23):14072 － 14075
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.23.210
1． 2． 1． 1 乔木层。在山白兰人工林中设置 1 个 400 m2 的临
时标准地，对标准地内的每株树木进行编号，测定树高和胸
径。根据林分生长调查结果，在标准地内选择 6株标准径阶
木(表 1) ，采用 Monsic分层切割法和全根挖掘法，将平均木
以 2 m为一区分段称重，并分别在树干的上、中、下部位锯取
约 5 cm厚度的圆盘样品测定树干的含水率和树皮率。收集
乔木器官(叶、枝、皮、干)和地下根系部分［细根(根直径 d ＜
0． 5 cm)、中根(0． 5 ～2． 0 cm)、粗根(≥2． 0 cm)、根蔸］［10］分
别称重，经烘干、粉碎、过筛后装瓶待测。
表 1 标准径阶木
Table 1 Standard tree samples with different diameter class
径阶平均木
Average diameter class tree
树高
Tree height∥m
胸径
DBH∥cm
14 15． 4 13． 4
16 19． 2 15． 6
18 21． 4 18． 5
20 20． 8 21． 1
22 21． 5 21． 6
24 22． 7 23． 4
1． 2． 1． 2 灌草及凋落物。在标准地内随机设置5个面积为1
m ×1 m的小样方，采用样方收获法，按灌木层、草本层和凋
落物层分别收集样品并称重，经烘干、粉碎、过筛后装瓶。待
测定其生物量或现存量，同时取样测定含水率和干重推算单
位面积生物量。
1． 2． 1． 3 土壤层。在准地中分别设置 8个代表性采样点，按
0 ～20、20 ～ 40、40 ～ 60、60 ～ 80 cm 分层采集土壤样品，把同
一层次土壤按重量比例混合，带回实验室于室内自然风干和
粉碎过筛后装瓶待测。同时用环刀(100 cm3)采集各层土壤
的原状土，带回实验室用环刀法测定土壤密度。
采用中国科学院生态环境研究中心的元素分析仪
(Vario ELⅢ，德国)测定植物和土壤样品的碳素含量，每个
样品 2个重复(2010年 12月)。采用 Excel 2003软件分析整
理原始试验数据，显著性差异分析采用 SPSS 11． 5软件进行。
1． 2． 2 生物量和碳储量的计算方法。
1． 2． 2． 1 生物量的计算方法。生物量的计算采用标准木法，
标准木法就是在样地内进行每木检尺，根据测定的胸径、树
高以及林木径级分配确定几株标准木，按比例从各径级中选
择出标准木，用标准木各组成(干、枝、叶、根)的平均生物量
乘以该样地的树木株数得到人工林总生物量［11］。灌草层和
凋落物层生物量是采取实地收获法获得。
1． 2． 2． 2 碳储量的计算方法。植物碳储量采用元素分析仪
器获得植物碳元素含量，根据对应器官的平均碳含量(一般
在 0． 4 ～0． 5［12］)乘以对应林分器官的总生物量就可得到各
器官的总碳储量，相加得到人工林总碳储量。
土壤碳储量用土壤碳含量乘以土层厚度和土壤密度。
具体公式为:
C =∑0． 1Hi × Bi ×Oi (1)
式中，C为土壤有机碳储量(t /hm2) ;Hi为第 i 层土壤的平均
厚度(cm) ;Bi 为第 i 层土壤的平均容重(g /cm3) ;Oi 为第 i
层土壤的平均有机碳含量(g /kg) ;0． 1为单位换算系数。
最后用各器官生物量和碳储量除以 27年即可得到林分
各器官的年净生产力和年净固碳量。
2 结果与分析
2． 1 山白兰人工林各层次碳素含量
2． 1． 1 乔木层碳素含量。由图 1 可知，27 年生山白兰乔木
层不同器官的碳素含量的变化范围为 425． 9 ～486． 7 g /kg，同
一器官变异系数在 0． 35% ～3． 41%，各器官之间含碳量差异
极显著(P ＜0． 01)。其中树干碳素含量最高，细根碳素含量
最低，且地上部分除了树皮之外都高于地下部分，说明就乔
木层不同器官而言，地上部分碳素含量较大。从图 1还可以
看出，山白兰各器官碳素含量从大到小依次是树干﹥枝条﹥
叶﹥根蔸﹥粗根﹥皮﹥中根﹥细根，各器官碳素含量有所差
异，可能与器官生长与老化程度有关。
图 1 山白兰人工林乔木层碳元素含量
Fig． 1 The carbon content in tree layers of Paramichelia bailonii
plantation
2． 1． 2 林下灌草及凋落物碳素含量。由图 2 可知，山白兰
人工林林下碳素含量在 427． 5 ～494． 4 g /kg，其中枯落物碳素
含量最高，草本碳元素含量最低，灌木层植物叶、枝、根差异
较小，处于草本和枯落物之间。也证实了随着灌木层植物个
体组织木质化程度的增加，其碳素含量也相应增加的趋
势［13］。枯落物碳素含量偏高，且高于乔木层树干碳素含量，
可能是由于大气 CO2 浓度升高并对凋落物分解速率产生的
影响导致［14］。
图 2 山白兰林下地被层碳元素含量
Fig． 2 The carbon content in understory layers of Paramichelia
bailonii plantation
2． 1． 3 土壤层碳素含量。据研究，全球的森林碳储量为
1 146 PgC，其中森林植被与森林土壤分别占 31%和 69%［15］，
森林土壤层碳储量大约为植被层的 2倍，可见土壤碳库在整
个生态系统中占有重要地位。由图 3可知，山白兰人工林土
壤碳素含量随深度增加呈明显递减趋势，并且在大于 40 cm
深度后逐渐趋于稳定。其中 0 ～20 cm土壤碳素含量为 19． 4
3704139 卷 23 期 莫德祥等 山白兰人工林生态系统碳储量及空间分布特征
g /kg，最高，60 ～80 cm土壤碳素含量为4． 4 g /kg，最低。上层
土壤中集中着土壤中的大部分碳元素，这也与地表枯落物和
土壤微生物的生物活性和理化性质有很大关系。
图 3 山白兰土壤层碳元素含量
Fig． 3 The carbon content in soil layers of Paramichelia bailonii
plantation
2． 2 山白兰人工林碳储量 由表 2 可知，山白兰人工林生
态系统总生物量为 117． 11 t /hm2，碳储量为 158． 21 t /hm2，其
中植被层碳储量为 56． 20 t /hm2，0 ～ 80 cm土壤层碳储量为
102． 01 t /hm2，分别占 35． 52%和 64． 48%，土壤层中的碳储量
为植被层的 1． 82 倍。在植被层碳储量中，乔木层所占比例
最大，为植被层碳储量的 87． 24%。林下植被所占比例较小，
其中灌木层碳储量为 10． 77%，草本层最低，只占 0． 18%，凋
落物层碳储量为 1． 81%。乔木层中，地上部分树干碳储量高
达 48． 93%，是植被层碳储量的主要部分，地下部分碳储量占
14． 70%，其中以根蔸碳储量为主要部分，占 12． 70%。
2． 3 乔木层年固碳量初步估计 由表 3 可知，山白兰人工
林乔木层年净生产力为 7． 24 t /(hm2·年) ，各器官净生产力
在 0． 43 ～3． 43 t /(hm2·年) ，其中树枝最高(按 4 年算) ，树
皮最低(按 27年算)。山白兰乔木层年净固碳量以地上部分
为主，地上部分年净固碳量占乔木层的 91． 14%，其中树枝和
树干年净固碳量最大，分别是 47． 43%和 29． 14%，其他部分
较低，从大到小依次是根 8． 86%，树叶 8． 86%，树皮 5． 71%。
若各个器官按 27 年平均，山白兰乔木层年净碳素积累量为
1． 83 t /(hm2·年)。
表 2 山白兰人工林林分生物量和碳储量
Table 2 The stand biomass and carbon storage of Paramichelia baillonii plantation
层次
Layer
地上或地下部分
Aboveground or underground part
器官
Organ
生物量 Biomass
t /hm2 %
碳储量 Carbon storage
t /hm2 %
乔木层 Tree layer 地上部分 干材 56． 50 48． 25 27． 50 48． 93
树皮 11． 71 10． 00 5． 41 9． 63
树枝 13． 71 11． 71 6． 64 11． 81
树叶 2． 54 2． 17 1． 22 2． 17
地下部分 根兜 15． 09 12． 89 7． 14 12． 70
粗根 1． 35 1． 15 0． 63 1． 12
中根 0． 67 0． 57 0． 30 0． 53
细根 0． 44 0． 38 0． 19 0． 34
灌木层 Shrub layer 地上部分 灌枝 7． 66 6． 54 3． 59 6． 39
灌叶 3． 46 2． 95 1． 65 2． 94
地下部分 根系 1． 67 1． 43 0． 81 1． 44
草本层合计 Total of herb layer 0． 24 0． 20 0． 10 0． 18
凋落物层合计 Total of litter layer 2． 07 1． 77 1． 02 1． 81
植被层合计 Total of vegetation layer 117． 11 100． 00 56． 20 100． 00
注:0 ～80 cm土壤层碳储量 102． 01 t /hm2。
Note:The carbon storage of 0 －18 cm soil layer is 102． 01 t /hm2 ．
表 3 山白兰人工林乔木层年净固碳量
Table 3 Net carbon amount in the tree layer of Paramichelia bailonii
plantation t /(hm2·a)
组分
Organs
净生产力
Net
productivity
年净固碳量
Annual net
carbon storage
年净碳素累积量
Annual net
carbon accumulation
树叶 Leaf 0． 64 0． 31 0． 05
树枝 Branch 3． 43 1． 66 0． 25
树干 Trunk 2． 09 1． 02 1． 02
树皮 Bark 0． 43 0． 20 0． 20
根 Root 0． 65 0． 31 0． 31
合计 Sum 7． 24 3． 50 1． 83
注:树干、树皮和根的年净固定碳量按 27 年计;净生产力与年净固碳
量树枝和树叶按 4年算;年净碳素累积量树枝和树叶按 27年算。
Note:The table shows the 27 years’annual net carbon storage in trunk，
bark and root，4 years’net productivity and annual net carbon stor-
age in trunk and leaves，and 27 years’annual net carbon accumula-
tion in branch and leaves．
3 结论与讨论
(1)27 年生山白兰人工林生态系统碳储量为 158． 21
t /hm2。相比而言，28 年生火力楠人工林生态系统碳储量为
171． 12 ～166． 78 t /hm2［16］。楠木成熟林生态系统碳贮量约为
210． 32 t /hm2［17］。速生阶段杉木林生态系统中，碳库的总贮
量为 127． 88 t /hm2［18］。可见，山白兰人工林生态系统碳储量
与其他树种相比略低。
(2)在整个生态系统中，土壤层碳储量贡献较大，0 ～ 80
cm土壤层碳储量为 102． 01 t /hm2，为植被层全部碳含量的
1． 82倍，低于我国森林生态系统的平均土壤碳储量 201． 76
t /hm2［12］。其他树种，如火力楠人工林土壤碳储量为 111． 19
～116． 55 t /hm2［16］;楠木人工林土壤碳贮量为 98． 79 ～112． 31
t /hm2［17］;速生阶段杉木人工林土壤层(包括死地被物层)的
碳贮量为 91． 997 t /hm2［18］;多年生马尾松林土壤层碳贮量为
73． 705 t /hm2［19］。可见，山白兰人工林土壤层碳储量相对
较高。
47041 安徽农业科学 2011年
(3)乔木层作为山白兰人工林生态系统的主要部分，年
净固碳量为 3． 50 t /(hm2·年) ，其中地上部分占了 91． 12%。
若按 27年平均，山白兰人工林乔木层年净碳素累积量为1． 83
t /(hm2·年)。
(4)在乔木层中，山白兰各个器官碳素含量平均值为
46． 64%。据研究，火力楠单株林木平均含碳率为 49． 13%;
福建柏单株林木的平均含碳率 50． 20%［16］;楠木人工林乔木
层平均含碳率为 50． 02%［17］;速生阶段杉木人工林的平均含
碳率为47． 66%［18］。山白兰含碳率与其他树种相比处于中间
段位置，符合 45% ～ 50%这个转换率［12］。另外，灌木层碳素
含量平均值为 47． 71%，凋落物层最高，为 49． 44%;草本层为
42． 75%，略低于转换系数 45%。由此可见，山白兰人工林生
态系统碳储量比较可观，具有较好的发展前景。
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檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
305 －310．
(上接第 14071页)
油茶在我国具有悠久的栽培历史，主要分布于长江流域
及以南地区，其经济价值高、生态功能强，是一次种植、多年
受益的树种［9］。湖北属于中国油茶的北带产区，并为该带的
核心区。但在相当长的时期内，未对油茶生产给予正确引导
和必要扶持，致使油茶居群相对隔离，而居群内油茶长期采
用实生繁殖。该研究中 5 个群体遗传分化系数(Gst)为
0． 342 6，34． 26%的遗传变异发生在居群间，65． 74%的遗传
变异发生于居群内，表明居群内个体间基因交流相对较多，
而居群间基因交流相对较少，从分子水平上也说明了油茶群
体存在相对隔离的情况。
3． 3 油茶群体的亲缘关系 亲缘关系分析在种质改良中通
常作为杂交育种亲本选配的依据。该研究聚类分析结果将 5
个居群分为两大类，恩施鹤峰群体与其他群体的亲缘关系普
遍较远，满足作为远缘杂交的亲本要求。目前湖北省油茶产
业缺乏本土优良品种，良种的选育与推广明显滞后于湘、赣、
桂等省［10］。因此今后在油茶育种工作中，应有意识地利用
现有的地方种质资源，重视亲本的选择，选择亲缘关系较远
的居群作为亲本，有目的地扩大亲本的遗传基础，避免后代
的遗传背景过于单一。
该研究主要在湖北省收集了部分油茶资源，利用 AFLP
标记研究其遗传多样性，表明 AFLP标记应用于油茶研究的
有效性，也探明湖北省部分地区种质资源的亲缘关系。在以
后的研究中，要继续扩大取样范围与取样数量，为油茶分子
标记辅助育种提供更全面的理论基础。
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